可延展電子通用互連結(jié)構(gòu)界面特性分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、近年來，可延展柔性電子因其能適應(yīng)復(fù)雜的曲面工作環(huán)境而備受關(guān)注與發(fā)展。針對(duì)不同的應(yīng)用，在獲得高延展性的同時(shí)如何保證優(yōu)良的可靠性是可延展電子設(shè)計(jì)制作的關(guān)鍵之一。本文從互連導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)、延展性與可靠性三者內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行考慮，運(yùn)用內(nèi)聚力模型表征可延展電子中銅-基底界面可靠性，展開了以下工作：
　　1.首先，建立表征可延展電子中銅-基底界面損傷程度的內(nèi)聚力模型。文中引入一種能有效表征薄膜材料界面可靠性的內(nèi)聚力模型—雙線性內(nèi)聚力模型；并以含實(shí)驗(yàn)結(jié)

2、果的文獻(xiàn)為參照，通過三方面的對(duì)比分析即基于本構(gòu)方程的曲線關(guān)系對(duì)比分析，基于仿真的力-位移曲線對(duì)比分析，基于仿真的剝離前端形貌對(duì)比分析，逐步確立了該模型合理的控制參數(shù)：Γc=1.33mj/mm2,tmax=3.0Mpa,K=20N/mm。
　　2.其次，建立含雙線性內(nèi)聚力單元的通用互連結(jié)構(gòu)有限元分析模型，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬以表征互連結(jié)構(gòu)的界面特性。文中運(yùn)用ABAQUS6.12-3有限元分析軟件進(jìn)行數(shù)值模擬并借助 Python語言實(shí)現(xiàn)

3、了參數(shù)化建模。對(duì)幾種典型的互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真并提取表征界面可靠性的損傷值。此外，以已有文獻(xiàn)的四周期馬蹄形互連導(dǎo)線的界面剝離實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為依據(jù)，建立相同的含雙線性內(nèi)聚力模型四周期馬蹄形進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象吻合，從而驗(yàn)證了上文確立的雙線性內(nèi)聚力模型的有效性。
　　3.隨后，基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法對(duì)通用互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬以探討其主要7個(gè)影響因素對(duì)界面特性的影響。依據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法建立了一個(gè)7因素3水平的正交表，并進(jìn)行了27組仿真試驗(yàn)

4、。根據(jù)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行了極差分析、方差分析與交互作用分析。其中，極差分析表明：7個(gè)關(guān)鍵影響因素對(duì)通用互連結(jié)構(gòu)界面損傷影響程度的主次次序?yàn)槔炻剩窘嵌龋净缀穸龋舅骄€段＞半徑＞銅厚度＞斜線段；方差分析表明：對(duì)通用互連結(jié)構(gòu)界面損傷影響顯著的因素包括拉伸率、角度、基底厚度與曲線水平線段；由此可見：不論從極差分析還是方差分析都可以看出拉伸率、角度與基底厚度是主要的影響因子。而通過交互作用分析發(fā)現(xiàn)，影響界面特性的各因素之間普遍存在交互作用，其中交互

5、項(xiàng)H×T、A×T與A×tpdms交互作用顯著。
　　4.最后，基于上述正交試驗(yàn)的數(shù)值模擬結(jié)果，運(yùn)用MATLAB多元非線性擬合函數(shù)nilinfit進(jìn)行回歸分析，建立了界面可靠性-損傷值和工藝性能-延展率之間的函數(shù)函數(shù)關(guān)系：1）損傷值關(guān)于拉伸率的函數(shù)；2）拉伸率關(guān)于損傷值的函數(shù)。兩個(gè)函數(shù)關(guān)系反映出通用互連結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與拉伸率、損傷值之間的內(nèi)在關(guān)系，其可以預(yù)測一定拉伸率下某具體互連結(jié)構(gòu)的損傷值或者預(yù)測某指定損傷值時(shí)相應(yīng)互連結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的拉伸率。

6、隨后通過建立通用互連結(jié)構(gòu)的約束集合，并借助MATLAB遺傳算法工具箱（GAOT），從兩種不同的設(shè)計(jì)角度給出了通用互連結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法可進(jìn)行兩方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)：一方面，設(shè)計(jì)滿足特定拉伸率時(shí)損傷值最小化的優(yōu)化結(jié)構(gòu)；另一方面，設(shè)計(jì)損傷值低于某一指定值時(shí)拉伸率最大化的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。文末將該優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到具體案例中。
　　本文得出了通用互連結(jié)構(gòu)、延展性與界面可靠性之間的內(nèi)在關(guān)系，對(duì)于指導(dǎo)滿足一定拉伸率下互連結(jié)構(gòu)的界面可靠性設(shè)計(jì)與